摘 要：
結合當前廣播電視播出對技術安全的要求，以及綜藝節目錄制的現場擴聲和轉播系統架構，分析總結音頻系統易發的故障及隱患，提出備份系統設計思路和解決措施。
隨著人民生活水平與大眾審美的提高，觀眾對電視節目，尤其是社會影響力較大的大型綜藝節目的制作質量也有了更高的要求。在節目直播的過程中，現場制作和轉播的安全保障工作成為決定節目成敗的重要環節，是音頻系統設計和實施的重中之重。
綜藝節目的播出涉及視頻和音頻系統，這兩個子系統貫穿現場制作和播出端，又涉及傳輸、播出等系統。對于音頻系統來說，現場制作部分包含了拾音、混音、信號傳輸和主擴揚聲器等環節，而轉播制作部分則主要包含混音和與播出相關的信號傳輸。這兩套系統往往共用拾音傳聲器和播放器等音源設備，存在一定的交叉界面。對于大型節目的制作而言，現場和播出的音頻系統都需要考慮備份的問題，并綜合考慮節目需求、安全級別和制作成本等因素予以實施。
1 大型綜藝節目音頻系統常見的問題及隱患
在大型綜藝節目的錄制和播出過程中，可能會遇到各種各樣的問題，影響節目的正常制作和播出安全。因此，需要充分考慮可能出現的突發問題，針對這些問題為音頻系統設計備份方案。音頻系統常見的故障和隱患分為以下類型。
（1）前級設備故障：無線傳聲器射頻干擾，音頻播放器設置不當、死機等。
（2）調音臺故障：調音臺接口故障、死機，人為操作不當（如靜音、設置錯誤等）。
（3）傳輸線路故障：線路老化、強磁干擾、斷線等。
（4）后級故障：原件老化、單元燒毀等。
2 音頻系統備份設計
對于綜藝節目的音頻系統，現場擴聲系統與播出系統的前級十分類似，主要涉及輸入信號和調音臺的備份，而現場擴聲系統在后級設備的備份上較為復雜，通常會將主備調音臺系統的輸出信號在功率放大器或揚聲器處進行切換。
對于輸入信號來說，需要將傳聲器和播放器等前級設備的主備信號接入有源或無源音分，通過音分與擴聲主備調音臺和播出主備調音臺相連。這種“交叉備份”的方式能夠很好地確保音源和調音臺系統的安全，當主音源信號出現問題時，可直接在主調音臺上切換備份音源；如主調音臺出現問題，可以切換至備份調音臺，同時備份調音臺仍能獲得主備信號。如圖1所示，主擴、返送和播出調音臺都采用了雙調音臺備份的模式，音源信號也對每個系統的主備調音臺進行1∶1的備份。
圖1 直播音頻系統主備鏈路示意圖
2.1 輸入信號的備份
輸入信號是節目內容的來源，對輸入信號的備份能夠確保后級設備接收到正常的信號。電視節目的語言信號和音樂播放是非常重要的，對于需要在舞臺上移動的演員（如主持人）來說，傳聲器可采用無線手持傳聲器與領夾傳聲器互為主備的方案；如使用演講臺等固定的傳聲器擺放形式，也可以采用有線與有線傳聲器結合，或者有線與無線傳聲器相結合的備份方案。
相比有線傳聲器，無線傳聲器的穩定性更容易受到錄制現場環境的影響。大型活動現場使用的LED、燈光設備，外加無線攝像機，固定微波電路、手機電路、手持對講、監聽系統、翻譯系統、移動微波設備和衛星新聞采集SNG設備等大量的無線設備。這些設備同時占用了無線射頻帶寬，有可能與無線傳聲器系統的射頻頻率產生重疊，進而造成干擾。尤其是近期5G移動網絡在700 MHz的重新劃分，使原本緊湊的無線頻段變得更加緊張。由于無線信號看不見摸不著，一旦出現干擾，很難快速排查故障。
為了解決無線射頻干擾問題，音頻技術團隊應在項目前期與各技術部門做深入細致的技術溝通，對音頻系統中使用的無線設備進行頻率規劃并上報頻段，以此避免節目制作團隊內部出現的干擾情況。在條件允許的情況下，還應對項目現場做無線頻率勘察，確認周邊無線射頻環境，進而排除來自節目制作團隊外部的干擾。在此基礎上，使用支持主備頻點切換的設備，當無線傳聲器被干擾時，根據預設的判斷機制進行無線頻點的即時切換，通過無線傳聲器本身實現射頻的備份。
對于音樂播放器來說，使用1∶1的主備播放器設備是廣電類節目制作最為基本的要求，系統設計師和工程師應注意根據播放器選擇相應的同步設備，確保主備系統播放內容、時間的一致性。
2.2 音分的選擇
在輸入信號設備遵循主備設計原則的基礎上，需要為整個音頻系統輸入端選擇音分，同時為主擴調音臺、返送調音臺和播出調音臺的主備系統進行信號分配。音分的選型要同時考慮兩方面的問題。
首先是阻抗問題，從等效電路的角度來看，傳聲器（或播放器）為信號源，調音臺的傳聲器放大器為負載，通過音分將一個傳聲器分配到兩張或多張調音臺，實際上將各調音臺的傳聲器放大器在電路上做了并聯，進而降低了負載阻抗。當負載阻抗降低到一定程度，信號源為了維持初始信號電壓，不得不增加電流輸出。當信號源無法提供相應電流時，就會出現信號失真，這就是所謂的“過載”。為了避免這種情況的出現，需要在音分中加入變壓器，使得傳聲器在電路中“看到”的負載是變壓器而非多個調音臺的話放，避免過載的出現。通常，當信號分配超過1∶2時，無源音分就需要引入變壓器的機制。
引入變壓器之后，幻象供電的問題也需要考量。在一套無源音分構成的系統中，規范的做法應該是由一張調音臺進行供電。但考慮到安全因素，應由至少2張調音臺進行供電，以避免由于主調音臺故障而導致的供電丟失。而通過變壓器接收信號的調音臺則無法向傳聲器施加有效的供電，這一因素也促使一些系統設計師和工程師在系統實施過程中使用有源音分。
有源音分的優勢在于能夠直接向電容傳聲器提供幻象供電，劣勢則是需要供電，并且成為了新的、不可備份的系統單一節點。一些音分產品采用雙電源模式來提升其安全可靠性，同時配合監聽功能提高系統監測能力和故障排查的效率。
總之，音分系統應根據節目規格、形式、通道數、調音臺數量以及預算情況等因素綜合考慮進行選擇。
2.3 調音臺的備份
2.3.1 調音臺輸入
如前文所述，調音臺的輸入信號來自于音分系統。在大型演出中，調音臺通常會在舞臺后臺位置設置接口箱，接口箱與音分相鄰，通過較短的信號線即可完成連接。除接口箱外，觀眾席處還設有調音臺的操作界面，接口箱和操作界面之間的信號傳輸通常使用數字音頻傳輸協議（MADI）或網絡音頻傳輸協議（二層協議如gigaACE，三層協議如Dante等）。從接口箱到控臺操作界面之間的傳輸應采用雙備份的架構，在一條數字線纜或網線出現問題時，音頻信號和控制信號的傳輸不應出現任何中斷。
對于主備傳聲器或音樂播放器而言，調音臺需要占用雙倍的輸入接口，但控制界面的推子應只有一組，以此實現操作設置參數的一致性。面對這種應用場景，部分數字調音臺可以一鍵對某一輸入通道（或同時針對多個輸入通道）所對應的物理輸入端口進行切換，確保調音臺操作的簡化和一致性。
2.3.2 調音臺的備份與鏡像
調音臺作為音頻系統中信號處理及分配的控制核心設備，它的備份也是系統設計和實施的重中之重，這里既牽扯設備自身的功能，也牽扯調音臺操作模式和人員配備。根據不同的項目級別，調音臺的備份級別也不相同。較低級別的備份通常配備一名操作人員對主調音臺進行操作，備份調音臺無人值守。當出現緊急情況時，這名操作人員再從主臺切換到備臺。高級別的調音臺備份需要兩名操作人員同時對主備調音臺進行同樣的操作，當出現緊急情況時，僅通過后級功率放大器對兩張調音臺輸出信號的切換即可實現無縫銜接。
對于第一種情況而言，備份調音臺在不使用時應保持主輸出靜音，避免對后級設備的主備切換造成影響。對于第二種情況來說，后級設備對信號的切換也應由人來進行，不應采用自動切換的模式。
鏡像則是在信號備份的基礎上讓兩張互為主備的調音臺的操作動作自動同步。這種功能能夠非常好地解決單一操作者從主臺轉移至備臺過程中由于調音臺參數不一致所導致的聲音中斷問題。但鏡像功能帶來的潛在問題是，出現故障的調音臺可能會把故障“鏡像”給另一張調音臺：如備份調音臺由于推子故障所帶來的抖動可能會反過來影響主調音臺的推子。
調音臺的備份與鏡像問題較為復雜，鑒于應用場景的不同，不同的使用者對這兩個技術的組合有著不同的認識和看法。此外，調音臺的備份與后級設備的切換機制緊密相連，因此，在考慮調音臺系統備份的時候一定要考慮后級功率放大器和揚聲器系統的備份和信號切換機制。
2.4 功率放大器和揚聲器系統備份
考慮到舞美裝置和制作成本的問題，系統后級的功率放大器和揚聲器通常不會做1∶1的設備備份，這種方式對于大型演出來說更加不切實際。當然，功率放大器并不像調音臺那樣存在頻繁地被操作的情況，因此作為系統鏈路的單一節點，功率放大器同時接收來自主調音臺和備調音臺的輸出信號，并通過自動或手動切換的方式來進行主備切換。當前，多數大型演出都采用了主調音臺通過數字或網絡音頻傳輸協議的方式與功率放大器進行連接，同時備份調音臺采用模擬音頻信號與功率放大器連接。
功率放大器會對這兩組輸入信號進行比較。在自動模式下，功率放大器會將輸入信號與用戶設定的閾值進行比較，當主鏈路信號小于閾值且備鏈路信號高于閾值時，功放會在一個設定的時間范圍內將輸出從主信號切換到備信號。在手動模式下，主備信號的切換完全由人來進行判斷和操作。
自動切換模式往往伴隨著一定的風險，尤其是當主擴調音臺系統出現問題，但無法被完全靜音時，它所發出的信號可能會導致功率放大器在主備鏈路之間來回切換，造成聽感的跳躍。在這種模式下進行工作，需確保系統從主鏈路切換到備份鏈路后不再跳轉回來，即完全關閉主調音臺的音頻輸出。而手動模式則對操作人員要求較高，需由專人全程負責功率放大器的控制軟件，聽從指令做手動的一鍵切換。
3 AoIP
網絡化在音頻系統中的應用已經不再是新鮮的話題。從系統架構而言，網絡音頻傳輸協議改變了信號的傳輸方式和連接模式。從傳輸方式來說，它替代了模擬信號線，以更低的成本和更高的通信數據量，讓大規模系統的實施變得更為輕松；從連接模式來說，它打破了音頻系統信號“從輸入到輸出”的串行模式，變為以網絡交換機為核心的“星型模式”。這種演變使得網絡交換機成為了系統的單節點，重要程度高于系統其他任何環節。因此，通過主備交換機與所有音頻設備主備網口進行連接的全新模式開始逐步普及開來。
主備網絡音頻傳輸鏈路的最大優勢在于其信號切換完全自動，且切換過程幾乎不被聽覺感知。不僅如此，信號的分配也變得更加靈活。只要將設備接入網絡交換機中，就能夠從系統的任意環節提取信號，這極大地提升了系統組合的靈活性。
當然，伴隨網絡音頻傳輸協議而來的，也是更高的學習成本和對技術人員IT知識的更高要求。在網絡協議的世界中，有很多新的規則需要學習。因此，在大型音頻系統中對網絡音頻傳輸協議的使用應遵循開放的態度和謹慎的原則，在期待其便利性的同時也要充分考慮新技術帶來的風險。對于一線從業人員來說，學習和預搭建測試是系統落地不可或缺的重要動作。
4 總結
隨著科技的進步，音頻技術的發展也是日新月異。各種更先進、更實用的設備也隨之出現，如何讓科技服務于工作，這需要結合實際不斷探索和思考。大眾審美的提高，也對音頻系統以及音頻制作提出了更高的要求。但無論時代如何發展，安全依然是所有工作的重中之重。能夠運用科技的力量對節目進行安全的制作、讓節目安全播出，無疑是提高制作質量的重要一環。
